基于线阵ccd倾角传感器的车辆半主动悬架控制设计(编辑修改稿)

基于线阵ccd倾角传感器的车辆半主动悬架控制设计(编辑修改稿)内容摘要：

数。 被 动悬 架 的 参 数 不 能 任 意 调 节 和 选 择 ，限 制 了 起 性 能 的 进 一步提 高 ，因 此 减 振 性 能 很 差。 半 主 动 悬 架 ： 半 主 动 悬 架 的 简 化 模 型 如 图 2 .1 第 二 个 图 所示 由 可 变 刚 度 的 弹 簧 和 减 振 器 组 成。 其 基 本 控 制 原 理 是 根 据 簧 上 质 量 对 车 轮 的 速 度 响 应 和 加 速 度 响 应 等 反 馈 信 号 ，调 节可 调 弹 簧 的 刚 度 或 可 调 减 振 器 的 阻 尼 力。 半 主 动 悬 架 在 产 生 力 的 方 面 近 似 于 被 动 悬 架 ， 但 其 阻 尼 系 数 或 刚 度 系 数 是 可 调 的。 通 常 以 改 变 减 振 器 的 阻 尼力 为主 ，将 阻 尼 分 为 两 级 或 三 级 ，由 人 工 选 择 或 由 传 感 器 信 号 自 动 确 定 阻 尼 级。 另 外可 以 改 变 弹 簧 刚 度 达 到 半 主 动 控 制 的 目 的。 目 前 主 要 应 用 的 是 空 气 弹 簧。 【 8】 主动悬架：主动悬架的简化模型如图 第三个图所示，由弹性元件和一个力发生器组成，力发生器的作用是改进系统中能源的消耗并供给系统以能量，该装置的控制目的是实现一个优质的隔振系统，而无须对系统作出较大的变化。 因此，只需使力发生器产生一个正比于绝对速度负值的主动力，即可实现该控制目标。 这种悬架系统的减振效果非常的明显。 但是，该系统的商品化存在较大的困难，主要是硬件价格昂贵以及消耗能量过大 ，现在只用于少量排量较大的高档轿车。 倾角传感器的简介 倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为 “固体摆 ”式、 “液体摆 ”式、 “气体摆 ”三种 倾 角 传 感 器 ， 倾 角 传 感 器 还 可 以 用 来 测 量 相 对 于 水平 面 的 角 度 变 化 量。 根 据 牛 顿 第 二 定 律 和 一 些 基 本 的 运 动 学 原 理 ，对于 一 个 系 统 整 体 ，速 度 不 能 测 量 出 来 的 ，但 却 可 以 测 量 其 加 速 度。 如 果 已 知 初 速 度 ，就 可 以 通 过 积 分 计 算 出 线 速 度 ，然 后 可 以 计 算 出 直 线 位 移。 所 以 它 其 实 是 运 用 惯 性 原 理 的 一 种 加 速 度 传 感 器。 当 倾 角 传 感 器 静 止 时 也 就 是 侧 面 和 垂 直方 向 没 有 加 速 度 作 用 ，那么 作 用 在它 上 面 的 只 有 重 力 加 速 度。 重 力 垂 直 轴 与 加 速 度 传 感 器 灵 敏 轴 之 间 的夹 角 就 是 倾 斜 角 了。 固体摆式惯性器件：固体摆在设计中广泛采用力平衡式伺服系统，其由摆锤 、摆线、支架组成。 在小角度范围内测量时，可以认为摆锤受力 F 与摆线与垂直线构成的角度 θ 成贵州大学本科毕业论文（设计） 第 6 页 线性关系。 如基于此原理的应变式倾角传感器。 液 体 摆 式 惯 性 器 件 ： 液 体 摆 的 结 构 原 理 是 在 玻 璃 壳 体内 装 有 导 电 液 ，并 有 三 根 铂 电 极 和 外 部 相 连 接 ，三 根 电 极 相 互 平 行 且 间 距 相 等。 当 壳 体 水 平 时 ，电 极 插 入 导 电 液 的 深 度 相 同。 如 果 在 两 根 电 极 之 间 加 上 幅 值 相 等 的 交 流 电 压 时 ，电 极 之 间 会 形 成 离 子 电 流 ，两 根 电 极 之 间 的 液 体 相 当 于 两 个 电 阻 R I 和 R I I I。 若 液 体 摆 水 平 时 ，则 R I =R I I I。 当 玻 璃 壳 体 倾 斜 时 ，电 极 间 的 导 电 液 不相 等 ， 三 根 电 极 浸 入 液 体 的 深 度 也 发 生 变 化 ，但 中 间 电 极 浸 入 深 度 基 本 保 持 不 变。 左 边 电 极 浸 入 深 度 小 ，则 导 电 液 减 少 ， 导 电 的 离 子 数 减 少 ， 电 阻 R I 增大 ，相 对极 则 导 电 液 增 加 ，导 电 的 离 子 数 增 加 ，而 使 电 阻 R I I I 减 少 ，即 R I R I I I。 反 之 ，若 倾 斜 方 向 相 反 ， 则 R I RI I I。 在 液 体 摆 的 应 用 中 也 有 根 据 液 体 位 置 变 化 引 起 应 变 片 的 变 化 ，从 而 引起 输 出 电 信 号 变 化 而 感 知 倾 角 的 变 化。 在 实 用 中 除 此 类型 外 ，还 有 在 电 解 质 溶 液 中 留 下 一 气 泡 ，当 装 置 倾 斜 时 气 泡 会 运 动 使 电 容 发 生 变 化而 感 应 出 倾 角 的 “ 液 体 摆 ”。 气 体 摆 式 惯 性 器 件 ：气 体在 受 热 时 受 到 浮 升 力 的 作 用 ，如 同 固 体 摆 和 液 体 摆 也 具 有 的 敏 感 质 量 一 样 ，热 气 流 总 是 力 图 保 持 在 铅 垂 方 向 上 ，因 此 也 具 有 摆 的 特 性。 “ 气 体 摆 ” 式 惯 性 元 件 由 密 闭 腔 体 、气 体 和 热 线 组 成。 当 腔 体 所 在 平 面 相 对 水平 面 倾 斜 或 腔 体 受 到 加 速 度 的 作 用 时 ，热 线 的 阻 值 发 生 变 化 ，并 且 热 线 阻 值 的 变化 是 角 度 或 加 速 度 的 函 数 ，因 而 也 具 有 摆 的 效 应。 其 中 热 线 阻 值 的 变 化 是 气 体 与 热 线 之 间 的 能 量 交 换 引 起 的。 就 基 于 固 体 摆 、 液 体 摆 及 气 体 摆 原 理 研 制 的 倾 角 传 感 器 而 言 ， 它 们 各 有 所 长。 在 重 力 场 中，固 体 摆 的 敏 感 质 量 是 摆 锤 质 量 ，液 体 摆 的 敏 感 质 量 是 电 解 液 ， 而 气 体 摆 的 敏 感 质 量 是 气 体。 气 体 是 密 封 腔体 内 的 唯 一 运 动 体 ，它 的 质 量 较 小 ， 在大 冲 击 或 高 过 载 时 产 生 的 惯 性 力 也 很 小 ，所 以 具 有 较 强 的 抗 振 动 或 冲 击 能 力。 但 气 体 运 动 控 制 较 为 复 杂 ， 影 响 其 运 动 的 因 素 较 多 ，其 精 度 无 法 达 到 军 用 武 器 系 统 的 要 求。 固 体 摆 倾 角 传 感 器 有 明 确 的 摆 长 和 摆 心， 其 机 理 基 本 上 与 加 速 度 传 感 器 相 同。 在 实 用 中 产 品 类 型 较 多 如 电 磁 摆 式 ， 其 产 品 测 量 范 围 、 精 度 及抗 过 载 能 力 较 高 ，在 武 器 系 统 中 应 用 也 较 为 广 泛。 液 体 摆 倾 角 传 感 器 介 于 两 者 之间 ，但 系 统 稳 定 ， 在 高 精 度 系 统 中 ，应 用 较 为 广 泛 ， 且 国 内 外 产 品 多 为 此 类。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 7 页 线阵 CCD 传感器的简介 一、 TCD1304AP 工作原理 TCD1304 是一 个 M O S 集 成 电 路 ， 内 有 5 6 0 个 有 效 光 电 元 素 和 6 4 个 被 掩 膜 的 ， 用 于暗 基 准 电 平 的 光 电 元 素 ， 此 外 还 有 两 个 线 阵 1 2 8 0 位 C C D 电 荷 传 送 寄 存 器 ， 一 个 驱 动 单 元 ， 一 个 采 样 / 保 持 电 路 及 输 出 信 号 处 理 电 路。 每 一 个 光 电 元 素 的 尺 寸 为 2 0 0 u m* 5 u m ， 其 间 均 有 2 u m 宽 的 沟 道 分 隔。 整 个 器 件 密 封 在 2 0 脚 双 列 陶 瓷 封 装 中。 当 光 投 射 到 传 感 器 的 光 电 元 素 上 时 ，使 元 素 的 电 荷 蓄 积 ，蓄 积 的 电 荷 量 由 光 的 强 度 和 所 照 射 的 时 间 决 定。 对 蓄 积 的 电 荷 每 隔 一 定 的 时 间 （ 由 时 序 电 路 控 制 ） 进 行串 行 变 换 ， 从 一 根 信 号 线 以 电 压 （ 或 电 流 ） 形 式 依 次 送出。 由 于 传 感 器 中 每 个 光 电 元 素 所 占 的 宽 度 为 已 知（ 2 0 0 u m ）， 通 过 对 信 号 线 送 出 的 电 压 脉 冲 进 行 计 数 ， 就 能 得 到 被 测 物 体 的 尺 寸 （ 光 照 区 有 电 压 脉 冲 输 出 ， 由 物 体 被 挡 光 而 造 成 的 阴 影区 无 脉 冲 输 出 ）。 下 图 为 图 2 1 3 C CD 传 感 器 T C D1 3 0 4 的 结 构 框 图。 注明： SR传感器复位 S/H采样 /保持电路。